Магни́тная обсервато́рия, научное учреждение, в котором осуществляется непрерывная регистрация вариаций геомагнитного поля, проводятся регулярные измерения абсолютных значений напряжённости геомагнитного поля, первичная обработка данных и анализ их достоверности.

Территория для магнитной обсерватории выбирается, как правило, в местах, обладающих однородным магнитным полем и удалённых от индустриальных электромагнитных помех. Помещения, в которых устанавливается измерительная аппаратура, строят из немагнитных материалов (силикатного кирпича или дерева) с применением немагнитных гвоздей и кровли.

Измерительные приборы внутри зданий размещают на отдельных постаментах. В т. н. абсолютном павильоне с помощью протонного магнитометра измеряют абсолютные значения напряжённости магнитного поля, а направление вектора напряжённости, определяемое магнитным склонением ${D}$ и магнитным наклонением ${I}$, – с помощью ${D/I}$-магнитометра. В т. н. вариационном павильоне располагают магнитные вариометры для регистрации вариаций горизонтальной и вертикальной составляющих вектора напряжённости магнитного поля Земли, а также вариаций магнитного склонения.

Данные магнитных обсерваторий используются главным образом для изучения взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой Земли и прогноза магнитных бурь. Учёт геомагнитных вариаций необходим при морских и аэромагнитных съёмках для приведения измерений, выполненных в разное время, к единому уровню.

К началу 21 в. в мире насчитывается более 200 магнитных обсерваторий, расположенных в том числе в Арктике, Антарктике и на океанических островах. Тщательно обработанные данные магнитных обсерваторий передаются в региональные и международные центры для использования в научных и практических целях. Координацию деятельности мировой сети магнитных обсерваторий осуществляет Международная ассоциация геомагнетизма и аэрономии (IAGA).